并联机器人汉字雕刻技术的研究

论文题目: 并联机器人汉字雕刻技术的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电路与系统

作者: 张世辉

导师: 孔令富

关键词: 并联机器人,汉字雕刻,刀路规划,性能分析,雕刻力,控制,远程加工

文献来源: 燕山大学

发表年度: 2005

论文摘要: 作为串联机器人的对偶机构,并联机器人具有刚度大、精度高、位置误差不累积等特点,已成为机器人领域的研究热点。目前,并联机器人在航空、航天、海底作业、制造领域、辅助医疗和微机电系统等方面有着广泛而重要的应用。虽然在并联机器人的实际应用和理论研究中均已取得了大量的成果,但在并联机器人的机构学、运动学、动力学、运动控制、路径规划及实际应用方面仍存在一些挑战性的问题。为了充分发挥并联机器人的优点并扩大其应用范围,本文在河北省自然科学基金的资助下将并联机器人应用于汉字雕刻领域。为了使并联机器人实现汉字雕刻功能,作者对该过程中涉及到的汉字图像处理、雕刻刀路的规划与生成、运动学分析、动力学分析、雕刻力的计算及控制等理论和技术问题进行了深入的研究。研究了将汉字图像信息转化为并联机器人雕刻刀路信息的通用方法,主要包括:归一化、边缘轮廓提取等汉字图像的预处理算法;基于改进的模板匹配的汉字图像细化算法;基于距离的汉字笔画抽取算法;平面凸、凹雕刻刀路的生成算法;平面刀路到球面等其它复杂曲面刀路的映射算法;刀具姿态实时规划方法等。在此基础上组建开发了包括软硬件在内的并联机器人汉字雕刻系统。对并联雕刻机器人的运动学和动力学进行了分析和研究。求解了雕刻机器人的一、二阶影响系数矩阵,并基于影响系数矩阵对其角速度、线速度、角加速度、线加速度、力与力矩、惯性力等运动学和动力学性能指标进行了分析,根据所得的性能图谱可选择出各项性能指标都相对较好的机构尺寸。给出了基于自构型快速 BP网络的并联机器人位置正解通用方法并以雕刻机器人为例进行了分析。基于牛顿-欧拉方法建立了雕刻机器人的动力学模型,并利用该模型进行了动力学实验分析。对雕刻力及其控制技术进行了研究。对影响雕刻力的因素进行了分析,给出了雕刻力的计算方法,特别研究了常用的宋体、黑体、隶书和楷体四种不同字体对雕刻力的影响。提出了基于模糊神经网络的雕刻力控制方法,并与传统的阻抗控制技术进行了比较,实验结果验证了该方法的有效性和可行性。设计了基于 B/S 模式的并联机器人远程汉字雕刻系统的总体结构方案。对其中的视频信息实时传输、远程雕刻信息的提交和解析、任务控制等技术进行了研究和实现。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 引言

1.2 并联机器人的研究状况及应用

1.2.1 并联机器人运动学和动力学研究状况

1.2.2 并联机器人机构性能研究状况

1.2.3 并联机器人控制研究

1.2.4 并联机器人的应用

1.3 汉字图像处理技术简介

1.4 汉字雕刻技术的发展历程

1.5 论文选题的意义和研究内容

第2章雕刻系统组成及汉字图像处理技术研究

2.1 引言

2.2 汉字雕刻系统的总体结构

2.2.1 系统硬件

2.2.2 系统软件

2.3 汉字图像处理技术研究

2.3.1 有关汉字图像预处理的几个算法

2.3.2 一种改进的基于模板匹配的汉字图像细化算法

2.3.3 一种新的基于距离的汉字笔画抽取方法

2.4 本章小结

第3章雕刻机器人运动学和动力学分析

3.1 引言

3.2 雕刻机器人影响系数的求解

3.2.1 支链的一阶影响系数

3.2.2 一阶综合影响系数

3.2.3 支链的二阶影响系数

3.2.4 二阶综合影响系数

3.3 基于影响系数的雕刻机器人运动学、动力学性能分析

3.3.1 运动学性能指标分析

3.3.2 动力学性能指标分析

3.3.3 验证及尺寸设计结果

3.4 基于BP 网络的雕刻机器人位置正解分析

3.4.1 自构形快速BP 网络及并联机器人位置正解方法

3.4.2 实例分析

3.5 基于牛顿-欧拉方法的雕刻机器人动力学模型的建立

3.5.1 支链坐标系的定义及运动学逆解

3.5.2 各构件的速度和加速度分析

3.5.3 雕刻机器人动力学模型的建立

3.5.4 机构构件质量对驱动力的影响

3.6 动力学实验分析

3.6.1 实验条件

3.6.2 惯量矩阵的计算

3.6.3 有效驱动力的计算

3.7 本章小结

第4章汉字雕刻刀路规划研究

4.1 引言

4.2 平面汉字雕刻技术研究

4.2.1 凸字雕刻技术

4.2.2 凹字雕刻技术

4.3 球面汉字雕刻技术研究

4.3.1 刀路映射算法

4.3.2 圆弧插补计算

4.3.3 刀具姿态规划

4.3.4 刀路规划小结及实例分析

4.3.5 汉字雕刻仿真系统

4.4 复杂曲面汉字雕刻技术

4.5 本章小结

第5章雕刻力及其控制技术

5.1 引言

5.2 雕刻力的计算方法

5.3 影响雕刻力的因素

5.4 雕刻力控制技术研究

5.4.1 力控制技术概述

5.4.2 基于阻抗的雕刻力控制方法

5.4.3 基于模糊神经网络的雕刻力控制技术

5.5 实例分析

5.6 本章小结

第6章基于B/S 模式的远程汉字雕刻技术研究

6.1 引言

6.2 远程汉字雕刻系统结构和功能

6.3 关键技术

6.4 远程雕刻实例

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介

发布时间: 2005-07-22

参考文献

[1].高速轻型并联机器人集成优化设计与控制[D]. 陈正升.哈尔滨工业大学2016
[2].三自由度空间柔性并联机器人动力学研究[D]. 刘善增.北京工业大学2009
[3].一种含柔性杆件的高速并联机器人优化设计方法研究[D]. 李海虹.天津大学2009
[4].两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究[D]. 刘欣.西安电子科技大学2009
[5].并联机器人的几何分析理论和控制方法研究[D]. 沈辉.国防科学技术大学2003
[6].并联机器人精度分析与综合研究[D]. 洪林.天津大学2004
[7].几类空间并联机器人的奇异研究[D]. 李艳文.燕山大学2005
[8].两自由度并联机器人的性能分析及尺寸优化[D]. 张立杰.燕山大学2006
[9].高性能平面二自由度并联机器人研究[D]. 张耀欣.中国科学技术大学2007
[10].柔性关节及3-DOF微动平面并联机器人设计与分析[D]. 刘平安.北京交通大学2008

并联机器人汉字雕刻技术的研究

猜你喜欢